KR101023145B1 - 이차전지용 외장재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차전지용 외장재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전해질에 접하는 내면으로부터 폴리프로필렌-아크릴산 공중합체(PPA:Polypropylene-co-acrylic acid) 또는 염화폴리프로필렌(CPP : Chlorinated Polypropylene)을 포함하는 내부층, 알루미늄 호일, 및 나일론-유기산 공중합체를 포함하는 외부층이 순서대로 형성되어 있는 이차 전지용 외장재에 관한 것이다.
본 발명의 이차전지용 외장재는 외부층이 나일론-유기산 공중합체를 포함하여 전해질에 대하여 화학적으로 안정하고, 긁힘이나 찢김에 대한 내구성이 우수하다.
나일론-유기산 공중합체, 파우치, 이차전지, 외장재

Description

이차전지용 외장재{Wrapping material for Secondary Batteries}
도 1은 파우치형 외장재 내에 전극조립체와 전해질이 수용된 일반적인 이차전지의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 A부를 확대하여 도시한 확대도이다.
* 도면의 주요 부호에 대한 설명*
10 : 이차전지
11 : 전극 조립체
12 : 외장재
121 : 내부층
122 : 금속 호일층
123 : 외부층
13 : 리이드
14 : 전극탭
[산업상 이용분야]
본 발명은 이차전지용 외장재에 관한 것으로서, 전해질에 대하여 화학적으로 안정하고, 긁힘이나 찢김에 대한 내구성이 우수한 이차전지용 외장재에 관한 것이다.
[종래기술]
전자 기기, 예컨대 휴대폰, 캠코더, 노트북 컴퓨터 등의 소형화, 경량화 및 무선화가 급속하게 진행됨에 따라 그 구동전원으로서 에너지밀도가 높은 리튬 이차 전지가 활발히 개발되고 있다. 상기 리튬 이차전지는 액체 전해질을 사용하는 리튬 금속 전지와, 리튬 이온 전지 및, 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 전지로 구별된다. 또한, 상기 리튬 폴리머 전지는 고분자 고체 전해질의 종류에 따라 유기 전해질이 함유되어 있지 않은 완전 고체형 리튬 폴리머 전지와 유기 전해질을 함유하고 있는 겔형 고분자 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 나눌 수 있다.
도 1은 일반적인 이차전지에 있어서, 파우치형 외장재 내에 전극조립체와 전해질이 수용된 단면을 나타낸 단면도이다
도 1에 도시된 바와 같이 일반적인 이차전지는, 소정 전류를 생성하는 전극 조립체(11)와, 상기 전극 조립체(11)를 감싸서 밀봉하는 외장재(12)를 구비한다. 그리고, 상기 전극 조립체(11)와 외부 사이의 전기적 통로 역할을 하는 리이드(lead, 13)는 전극 조립체의 일측으로부터 연장된 전극탭(14)들에 각각 연결되며, 상기 리이드(13)는 외장재(12)의 외부로 일부 돌출되게 설치된다.
도 2는 상기 도 1의 A부를 확대하여 도시한 확대도로서 도시하는 바와 같이 종래의 대부분의 외장재(12)는 내부층(121)과 금속호일층(122), 및 외부층(123)을 포함하며, 상기 외부층(123)은 대부분이 나일론 층으로 되어 있다. 그러나, 외장재에 전극 구조체(11)와 전해질을 수용하고, 이를 밀봉하여 전지를 제조하는 과정에서 외장재의 외부에 전해질이 묻는 경우가 발생할 수 있고, 고온 에이징 과정에서 상기 전해질이 나일론 층을 부식시켜 외관 불량을 발생시킬 염려가 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 외부층이 전해질에 대하여 화학적으로 안정하고, 긁힘이나 찢김에 대한 내구성이 우수한 이차전지용 외장재를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 전해질에 접하는 내면으로부터 폴리프로필렌-아크릴산 공중합체(PPA:Polypropylene-co-acrylic acid) 또는 염화폴리프로필렌(CPP : Chlorinated Polypropylene)을 포함하는 내부층, 알루미늄 호일층, 및 나일론-유기산 공중합체를 포함하는 외부층을 순서대로 포함하는 이차 전지용 외장재를 제공한다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 2를 참조하여 본 발명의 이차전지용 외장재의 단면을 설명한다.
본 발명의 이차전지용 외장재는 내부에 전해질과 전극구조체를 담기 위한 것으로서, 전해질에 접하는 내면으로부터 폴리프로필렌-아크릴산 공중합체(PPA:Polypropylene-co-acrylic acid) 또는 염화폴리프로필렌(CPP : Chlorinated Polypropylene)을 포함하는 내부층(121), 알루미늄 호일(122), 나일론-유기산 공중합체를 포함하는 외부층(123)이 순서대로 층을 이루어 형성되어 있다.
상기 외부층(123)은 나일론 중합체와 유기산이 97 : 3 내지 99 : 1의 중량비로 그라프트(graft) 중합된 나일론-유기산 공중합체를 포함할 수 있으며, 또한 상기 나일론-유기산 공중합체에 에틸렌-프로필렌 다이머(EPDM:Ethylene-Propylene Dimer) 러버(rubber)(이하 "EPDM"이라 한다.)를 더 포함할 수 있다.
상기 나일론-유기산 공중합체와 EPDM의 혼합물은 각각의 물질을 일정 비율로 섞고 블렌딩하여 제조할 수 있으며, 블렌딩 비는 중량비로 9 : 1 내지 8 : 2 인 것이 바람직하다. 나일론-유기산 공중합체의 중량비가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 알루미늄 표면코팅에 문제가 있을 수 있다. 상기 블렌딩은 220 내지 250 ℃의 온도에서 실시하는 것이 바람직하다.
본 발명의 나일론-유기산 공중합체와 EPDM의 혼합물은 나일론 자체보다 내열성이 우수하고, 외부로부터의 찢김이나, 긁힘에 강한 특성을 갖는다.
상기 나일론-유기산 공중합체는 통상적인 범용 나일론과 유기산을 이용하여 중합될 수 있으며, 바람직하게는 나일론6, 또는 나일론66과 아크릴산이 공중합된 나일론6-아크릴산 공중합체, 나일론66-아크릴산 공중합체를 사용할 수 있다.
본 발명의 이차전지용 외장재를 제조하는 데에 있어서, 상기 내부층은 알루미늄 호일에 프로필렌-아크릴산 공중합체(PPA:Polypropylene-co-acrylic acid) 또는 염화폴리프로필렌(CPP : Chlorinated Polypropylene)을 20 내지 180℃에서 열로 융착시키거나, 점착제 또는 가교제를 이용하여 필름막을 부착시키는 방법으로 형성될 수 있다.
본 발명의 이차전지용 외장재는 단면의 총 두께가 80 내지 200 ㎛인 것이 바람직하며, 상기 내부층과 외부층의 두께는 각각 10 내지 40 ㎛인 것이 바람직하다. 외장재의 두께가 80 ㎛ 미만인 경우에는 충분한 기계적 물성을 가지지 못하며, 200 ㎛를 초과하는 경우에는 전지의 두께가 증가하는 문제점이 있다. 내부층과 외부층의 두께가 각각 10 ㎛미만인 경우에는 전해질에 의해 외장재가 손상될 염려가 있고, 40 ㎛을 초과하는 경우에는 성형에 문제점이 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1] 나일론6-아크릴산 공중합체 외부층을 갖는 외장재 제조
나일론6 9.9 g과 아크릴산 0.1 g을 열반응기에 녹여 10 분 교반한 후, 온도를 250 ℃로 승온하여 10분 동안 혼합, 반응시켰다. 상기 얻어진 반응물을 일정한 온도에서 건조하여 나일론6-아크릴산 공중합체를 제조하였다.
상기 제조된 나일론6-아크릴산 공중합체를 유기용매에 용해하여 두께 20 ㎛의 필름막으로 성형하였다. 두께 40 내지 50 ㎛ 인 알루미늄 호일에 상기 제조된 나일론6-아크릴산 공중합체 필름막으로 코팅함으로서 외부층을 형성하였다.
또한, PPA 10 g을 150 ℃에서 용융시킨 후, 20 ㎛의 두께로 상기 외부층이 형성된 알루미늄 호일의 반대면에 도포하여 내부층을 형성하여 이차전지용 파우치 형 외장재를 제조하였다.
[실시예 2] 나일론6-아크릴산 공중합체와 EPDM의 혼합물 외부층을 갖는 파우치형 외장재 제조
실시예 1에 의해 제조된 나일론6-아크릴산 공중합체 9 g와 EPDM 1 g을 용융압출기에 투입하고, 260 ℃에서 5분간 블렌딩한 후, 20 ㎛의 두께를 가지는 필름막을 제조하였다.
나일론6-아크릴산 공중합체 필름막을 대신하여 상기 제조된 나일론6-아크릴산 공중합체와 EPDM의 혼합물 필름막을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 외부층과 내부층을 형성하여 이차전지용 파우치형 외장재를 제조하였다.
[비교예 1]
나일론6을 외부층으로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지용 파우치형 외장재를 제조하였다.
상기 제조된 실시예 1, 2 및 비교예 1의 이차전지용 파우치형 외장재에 대하여 전해질에 대한 화학적 안정성과 긁힘이나 찢김에 대한 내구성을 시험하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 하기 표 1에서 실시예 1 및 실시예 2의 측정 결과는 비교예 1의 파우치형 외장재의 화학적 안정성, 긁힘에 대한 내구성, 및 찢김에 대한 내구성의 값을 각각 10으로 보았을 때의 상대적인 비교치로 나타내었다. 화학적 안정성 시험에 사용된 전해질은 에틸렌카보네이트/에틸메틸카보네이트/디메틸카보네이트(EC/EMC/DMC) 이며, 함침하는 방법으로 측정하였다.
[표 1]
화학적
안정성		 긁힘에 대한
내구성		 찢김에 대한
내구성
실시예 1 10 16 16
실시예 2 15 20 18
비교예 1 10 10 10
본 발명의 이차전지용 외장재는 외부층이 나일론-유기산 공중합체를 포함하여 전해질에 대하여 화학적으로 안정하고, 긁힘이나 찢김에 대한 내구성이 우수하다. 이를 통해 외관 불량율을 줄임으로서 수율을 높일 수 있다. 특히 자동화 되지 못한 전지 팩 공정과정 중 여러 사람의 손을 거칠 때, 외관에 손상에 가는 문제점을 줄일 수 있다. 이를 통한 원가절감 및 외관선별 공정을 단순화 시킬 수 있는 가능성 높일 수 있다.

Claims (9)

  1. 전해질에 접하는 내면으로부터, 폴리프로필렌-아크릴산 공중합체(polypropylene-co-acrylic acid, PPA) 또는 염화폴리프로필렌(chlorinated polypropylene, CPP)을 포함하는 내부층, 알루미늄 호일층, 및 나일론-유기산 공중합체를 포함하는 외부층을 순서대로 포함하고,
    상기 나일론-유기산 공중합체는 나일론 중합체와 유기산이 97 : 3 내지 99 : 1의 중량비로 그라프트(graft) 중합된 것을 포함하는 이차 전지용 외장재.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 나일론-유기산 공중합체는 나일론6-아크릴산 공중합체 및 나일론66-아크릴산 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 이차 전지용 외장재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 외부층은 에틸렌-프로필렌 다이머(ethylene-propylene dimer, EPDM) 러버(rubber)를 더 포함하는 것인 이차 전지용 외장재.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 외부층은 상기 나일론-유기산 공중합체와 상기 에틸렌-프로필렌 다이머(ethylene-propylene dimer, EPDM) 러버(rubber)를 9 : 1 내지 8 : 2의 중량비로 포함하는 것인 이차 전지용 외장재.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이차 전지용 외장재는 두께가 80 내지 200 ㎛ 이며,
    상기 내부층과 상기 외부층의 두께는 각각 10 내지 40 ㎛인 것인 이차 전지용 외장재.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 이차 전지용 외장재는 상기 알루미늄 호일층과 상기 외부층 사이에 점착제 또는 가교제 층을 더 포함하는 것인 이차 전지용 외장재.
  8. 전해질에 접하는 내면으로부터 폴리프로필렌-아크릴산 공중합체(polypropylene-co-acrylic acid, PPA) 또는 염화폴리프로필렌(chlorinated polypropylene, CPP)을 포함하는 내부층, 알루미늄 호일층, 및 나일론-유기산 공중합체 및 에틸렌-프로필렌 다이머(ethylene-propylene dimer, EPDM) 러버(rubber)를 포함하는 외부층을 순서대로 포함하고,
    상기 나일론-유기산 공중합체는 나일론 중합체와 유기산이 97 : 3 내지 99 : 1의 중량비로 그라프트(graft) 중합된 것을 포함하는 이차 전지용 외장재.
  9. 제1항, 제3항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 따른 외장재를 포함하는 이차 전지.
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